JPH03160202A - ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は微粉固体燃料を使用する事業用または産業用ボ
イラ、化学工業炉等の改良に関する。

〔従来の技術］ 第６図は微粉炭を燃ギ１とする従来のボイラ火炉の一例
を示す縦断面図、第７図は第６図の■−■水平断面図で
ある。これらの図において、（０１）は火炉本体、（０
２）はハーナ木体、（０３）は燃料ノズル、（０４）は
王ハーナ用空気ノズル、（０５）は微粉炭輸送管、（０
６）は燃料用空気ライン、（０７）は石炭粉砕機、（０
８）は送風機、（０９）は微粉炭混合気、（１ｏ）は燃
焼用空気、（１１）は石炭、（１２）は１、性送用空気
、（１３）は炉内、（１４）は微粉炭炎、（１５）は主
ハーナ用空気ライン、（ｌ６）はアディショナルエアラ
イン、（１７）は主ハーナ用空気、（１８）はアディン
ヨナルエア、（ｌ９）はアディショナルエアノズルをそ
れぞれ示す。

上記火炉本体（０１）は軸線が鉛直な四角筒状であって
、第７図に示されるように、炉壁の水平断面におけるコ
ーナ一部にバーナ本体（０２）が設けられている。この
バーナ本体（０２）には、燃料ノズル（ｏ３）とその上
下に空気ノズル（０４）が組込まれているが、それら燃
料ノズル（０３）と空気ノズル（０４）は、いずれもほ
ぼ水平に炉内に向けられている。

石炭粉砕器（０７）に送り込まれた石炭（１ｌ）は、微
粉化され、同時に送り込まれた政送用空気（温風）（ｌ
２）と混合して微粉炭混合気（０９）を形戒、微粉炭輸
送管（０５）を通してハーナ木体（０２）へ送り込まれ
る。ハーナ本体（０２）に送り込まれて来た微粉炭混合
気（０９）は、燃料ノズル（０３）から炉内（ｌ３）へ
噴射される。一方、燃焼用空気（１０）は、送風ｉｆｆ
ｌ（０８）によって３１ｋ焼用空気ライン（０６）を通
して迭り込まれ、主ハーナ用空気（１７）とアディショ
ナルエア（１８）に分ノＪ７されて、ハーナ木体（０２
）に設けられた空気ノズル（０４）とハーナ木体（０２
）上方に設けられたアディノコナルエアノズル（１９）
から、それぞれ炉内（１３）へ噴射される。

炉内（１３）へ噴射された微粉炭混合気（０９）は、図
示されてない着火源によって着火し、微粉炭炎（１４）
を形成して燃焼する。微粉炭炎（１４）は、着火点近傍
では、微粉炭とともに微粉炭混合気（０９）を形成して
いる崖送用空気（ｌ２）と主ノ＼−ナ用空気（１７）の
一部（着火点近傍の）とによって供給される酸素ど反応
して燃焼し、以後の主燃焼ゾーンでは、残りの主ハーナ
用空気（１７）中の酸素によって燃焼が柑続される。

従来のボイラでは、窒素酸化物（以下ＮＯｘと略称）の
発生を抑制するために、爬送用空気（１２）と主バーナ
用空気（１７）との合計量を燃料ノズル（０３）から吹
き込まれる微わ〕炭の星論比よりも少なくするので、ハ
ーナ木体（０２）部からアデインヨナルエアノズル（１
つ）までの炉内（１３）は還元雰囲気状態にある。した
がって微粉炭混合気（０９）の燃焼によって発生する燃
焼ガスは、当初燃焼未完結のま覧で炉内（ｌ３）を４二
弄し、アデインヨナルエアノズル（１９）から投入され
るアデイショナルエア（１８）によって燃焼を完結する
。

また従来のポイラでは、微粉炭混合気（０９）中の閤送
用空気と微粉炭の混岩割合は、一般るこ石炭扮砕１　（
０７）の運用面から、重量比で２・ｌないし４１の範囲
とされることが多い。ずなわち徹粉夫混合気（０９）は
、題送用空気／倣粉炭（以下Ａ／Ｃと略称）−２〜４の
混合割合で燃焼に供されていた。

〔発明が解決しようとする問題点］ Ｃｌ）　　ｍに微均炭炎（■４）の着火性は１）微粉炭
中の揮発分が多く、燃料比（固定炭素／揮発分）が低い
こと、 ２）ハーナロへの到達熱琉束が大きいこと、３）微粉炭
混合気（０９）のＡ／Ｃが１に近いこと、４）微粉炭混
合気（０９）の噴出速度が小さいこと、という条件を満
たすボイラほと良好と云える。第８図は炉内から炉壁に
到達する熱流束の分布を実際のボイラで実測した結果の
一例を示す図であり、第９図は微扮炭の火炎伝播速度と
微↑フ）炭混合気（０９）のＡ／Ｃとの関係について実
験した結果の一例を示す図である。これによると、炉内
（１３）力・ら刊達ずる熱疏束は炉壁中央部が最人とな
り、微粉炭の火炎伝播速度は微ｊｔｌ炭混合気（０９）
のＡ／Ｃ＃１で最大どなる。

（匹＋１７発分または高燃料比の石炭は上記条件ｌ）項
を清ｊ足しないから、他の条＋’ｔ　２）　．　３）　
，　４’）項を満たすことが望ましい。ところが従来の
ボイラでは、ハーナ木体（０２）が第７図に示されるよ
うに炉本体（０１）の各コーナ一部に設けられているの
で、第８図に示されるようにハーナ部へ到達ずる熱流束
が小さかった。一方、揮発部が低くて着火性が悪い石炭
を用いる場合、ハーナ本体（０２）へ送り込まれて来る
微粉炭７Ｒ合気（０９）のＡ／Ｃを１に近づけて、着火
性を向上させる必要があるが（第９図参照）、従来のボ
イラでは石炭扮砕１ｆｆｉ　（０７）の運用面の制限か
ら、Ａ／Ｃは一般に２ないし４であって、１に近づける
ことはできない。また＠扮炭混合気（０９）は、火炎伝
播速度との関係上その噴出速度が遅いほど着火しやすく
なるが、従来のボイラの場合水平に噴射させるので、噴
出速度が遅過ぎると微粉炭混合気（０９）中の微粉炭が
垂れたり、燃ｔ１ノズル（０３）へ堆禎したりするため
、噴出速度を一定速度以下にすることはできない。

このように、従来のボイラでは、低揮発分または高燃料
比の石炭は着火が困難という欠点があ−，た。

〔２］ボイラの燃焼において、ＮＯｘ発生星がアディン
ヨナルエア（ｌ８）の投入量に反比例する関係にあるこ
とは、周知の事実である。ところが従来のボイラシステ
ムでは、低渾発分または高少然料比の石炭の場合、着火
性に問題があるため、アデイショナル（１８）投入量を
多くすることができ丁、したがってＮＯＸを低減させる
のに支障があった。

（課題を解決するための手段〕 本発明は、市Ｉ記従来の課題を解決するために、ｌＩ′
［ｌｌ棉が鉛直な角筒状の火炉内で微粉燃料を燃焼させ
るボイラであって、炉壁の水平断面における各辺の中央
部に設けられ、｛故崩燃料混合気を水平に対して下向き
に傾斜して噴射するハーナと、同ハーナの下方に空気を
｛ｌ給するアンダーエアノズルとを備えたことを特徴と
ずるボイラを提案ずるものである。

［作用］ 本発明においては、炉壁の水平断面における各辺の中央
部にハーナを設けるので、ハーナロの受熱量が格段に増
大する。またハーナが水平に対して下向きになっている
ので、微松燃料混合気の噴出速度を遅《設定でき、また
還元雰囲気ゾーンにおける燃焼ガスの滞留時間が長《な
る。さらにハーナの下方に空気を供給するので、炉底部
における燃焼が良好になる。

（実施例〕 第１図は本発明の第１実施例を示す縦断面図、第２図お
よび第３図はそれぞれ第１図のｔ＋−ｎ線および［＝Ｉ
Ｉｌｌよる水平断面図である。これらの図において、前
記第６図及び第７図により説明した従来のものと同様の
部分については、冗長になるのを避けるため、同一の符
号を付けて詳しい説明を省く。図中の新しい符号として
、（２０）は微粉炭セパレータ、（２１）は濃微粉炭混
合気ノズル、（２２）は淡ｉａ籾炭混合気ノズル、（２
３）は濃微粉炭輸送管、（２４）は淡微粉炭輸送管、（
２５）は濃微粉炭混合気、（２６）は淡微籾炭混合気、
（２７）はアンダーエアノズル、（２８）はアンダーエ
アライン、（２９）はアンダーエアをそれぞれ示す。

石炭粉砕機（０７）に送り込まれた石炭（１１）は、微
粉化され、同時に送り込まれた搬送用空気（温風）（１
２）と混合して微粉炭混合気（０９）（Ａ／Ｃ＝２〜４
）を形戊、微粉炭輸送管（０５）を通して微粉炭セパレ
ーク（２０）へ送り込まれる。そして濃微粉炭混合気（
２５）　（Ａ／Ｃζ０．５〜１．５）と淡微粉炭混合気
（２６）（Ａ／Ｃ”．５〜２０）に分けられ、それぞれ
濃微粉炭輸送管（２３）と淡微粉炭輸送管（２４）を通
してハーナ本体（０２）に組込まれた濃・淡両微粉炭混
合気ノズル（２１）　．　（２２）へ送り込まれる。

上記バーナ木体（０２）は、第２図に示されるように、
四角筒状の火炉本体（０１）炉壁の水平断面における４
辺の各中央部に設けられている。このハーナ木体（０２
）は？Ｉ　ＷＸのコンパートメントに分けられ、各コン
パートメントは濃・淡両混合気ノズル（２ｌ）（２２）
と主ハーナ用空気ノズル（０４）で購成されている。濃
・淡両微粉炭ｌ昆合気ノズル（２１）　．　（２２）は
原則的には下から順に淡・凋→濃・淡→淡・濃→６？４
・茂とするか、逆に下から濃・淡→淡・濃→濃・伎→淡
・搭とするが、場合によっては濃・淡→濃・淡→濃・淡
（またはこの逆）として組込むこともある。これら複数
の濃・茂微粉炭混合気ノズル（２１）　．　（２２）は
いずれも水平に対して５度ないし４５度下向きに取付け
られており、送り込まれて来た濃・淡両微粉炭混合気（
２５）　，　（２６）を炉内（１３）へ噴射する。

一方、燃焼用空気（ＩＯ）は送風機（０８）により燃焼
用空気ライン（０６）を経て供給され、主バーナ用空気
（ｌ７）、アディソヨナルエア（ｌ８）およびアンダー
エア（２９）に分流される。主バーナ用空気（１７）は
ハーナ木体（０２）に組込まれた王バーナ用空気ノズル
（０４）および濃・淡両微粉炭混合気ノズル（２１）　
，　（２２）の周囲から炉内（１３）へ噴射される。ア
ンダーエア（２９）は、アンダーエアライン（２８）を
経て供給され、バーナ本体（０２）の下方に別置きで設
けられたアンダーエアノズル（２７）から炉内（１３）
へ吹き込まれる。

アンダーエアノズル（２７）は、第３図に示されるとお
り、炉壁の水平断面における４Ｉ２２の各中央部に、軸
線がバーナ本体（０２）の軸線と同一鉛直面内にあるよ
うに、設置されている。１改送用空気（１２）、主ハー
ナ用空気（１７）およびアンダーエア（２９）の合計量
は、バーナ本体（０２）に組込まれた濃・淡両微粉炭混
合気ノズル（２１）　，　（２２）から噴射される微粉
炭星の量論比よりも少なくし、燃焼完結に必要な残りの
空気は、アディショナルエア（１８）としてアディショ
ナルエアノズル（１９）から炉内（１３）へ投入する。

炉内（ｌ３）へ噴射された濃微粉炭混合気（２５）は、
図示されてない着火源によって着火され、１故粉炭炎（
１４）を形威ｊる。前述のとおり・ｅｉ故粉炭混合気（
２５）はＡ／Ｃξ０．５〜１，５であるから、着火は良
好で安定した火炎が形成される。炉内（１３）へ同時に
噴１寸された淡微粉炭混合気（２６）は、Ａ　／　Ｃ　
＞　＞１でありｆ牧粉炭０＝度が希薄であるから、保炎
困・雑でそれ自体では火炎を形成できないが、隣接して
形戊された，・５ζ微粉炭混合シｊ　（２５）の火炎に
よって、燃焼を継続することができる。

本実胤例てばまた、炉壁の同一水平断面−１二で炉内（
１３）から到達する熱疏東が最大となるＪｆ４璧４辺の
各中央部乙こハーナ本体（０２）が設置されているので
、燃焼時にお各フるハーナロの受熱星が従来のものに比
べて格段に増大し、着火性が向上ずる。

一般に、ａ微粉炭混合気（２５）の噴出速度が遅い程、
火炎伝播速度との関係で着火性が良くなるが、本実施例
ではｆｉ微粉炭ｌＩＬ合気ノズル（２１）を下向きに設
けたことにより、微粉炭のタレおよび濃微粉炭混合気ノ
ズル（２１）への堆積が肪止されて、噴出速度を従来の
ボイラの１易合よりも遅く設定でき、したがって着火性
が更に向上ずる。

第１０図は、ハーナ木体（０２）中心からアディンヨナ
ルエアノズル（ｌ９）部までの燃焼ガス滞留時間と火炉
出口におけるＮＯ４度との関係について、実機で実測し
た結果を例示する図である。この図において、滞留時問
が零のときのＮＯｘの値としては、アディンヨナルエア
を供給しない時のＮＯｘ値をプし２ノｌ−　Ｌてある。

滞留時間を僅か延ばずことによりｆｌｏｘｉ４度が大幅
に低減することがこの図から分る。前述のとおり、ハー
ナ木体（０２）とアンダーエアノズル（２７）とから投
入される空気の合計量は、ハーナ木体（０２）から供給
される微扮夫ｚ｛の尾論比よりも少ないので、アディン
ヨナルエアノズル（１つ）部よりも下方の炉内（１３）
は還元性雲囲気であって、倣松炭の燃焼により発生した
ＮＯＸは還元され、Ｎｌ＋３８ＣＮ等の中間生戒物が生
或される。火炉出口の’ＪＯｘ量はこの還元反応の度合
によって支配される。滞留時間が長いと還元反応時間も
長くなり、したがってＮＯｘが低減される。本実施例で
は微粉炭混合気（２５）　，　（２６）を下向きに噴射
するので、前記のとおり着火性が向上するだけでなく、
燃焼ガスの炉内（ｌ３）滞留時間が長くなって、ＮＯｘ
を低減する効果もある。

ところで、還元毒囲気下の炉内ク１３）に微粉炭混合気
（２５）　，　（２６）を下同きに噴１・卜すると、次
のような問題点が生しる。

■　最Ｆ段の礒・淡量微わ）炭混合気ノズル（２５）（
２６）か５噴剥された倣扮炭混合気（２５）　．　（２
６）は微４’ｔ）炭Ｒ（１４）を形成するものの、炉底
は還元雰囲気であって、且つ熱負荷が低いので、↓シｌ
焼が充分に進行しないま＼チャー（主として固定炭素分
）の状態で炉底へ落下し、図示されてない灰Ｉト出札か
ら同しく図示されてない更にＦ方のタリンカ内の水中に
落下して、タリン力水を男く汚染する。

■　還元雰囲気の下では酸化雰囲気の場合に比べ灰の融
点が低下する（周知の事実）ので、スランギングが激し
くなり炉底の灰排出孔が閉寒する恐れがある。

■　炉底部に還元腐蝕が生じやすい。

七記問題点に対する対策として本実施例では、ハーナ本
体（０２）の下方にハーナ木体（０２）とは別置きでア
ンダーエアノズル（２７）が設置されている。

このアンダーエアノズル（２７）から供給されるアンダ
ーエア（２９）によって、晟下段の濃・淡両微粉夫混合
気ノズル（２１）　．　（２２）から噴１・１された微
粉炭混合気（２５）　，　（２６）の燃焼が促進され、
１つハーナ木体（０２）下方の炉内（１３）が酸化雰囲
気に保持されるから、クＩＪンカ水の汚染、炉底抜排出
孔の閉塞、炉底部の還元腐蝕等が防止される。したがっ
て、濃・淡両｛故粉炭混合気ノズル（２１）　．　（２
２）の干向き角度を大きくとることができ、それだけハ
ーナ本体（０２）からアディソヨナルノズル（１９）部
までの燃焼ガスの炉内（ｌ３）滞留特間が長くなって、
ＮＯｘ低減効果が高まる。なお、アディショナルエアノ
ズル（１つ）部よりも下方の炉内（１３）は、全体とし
ては還元雰囲気に保持される。

次に第４図は本発明の第２実施例を示す縦断面図、第５
図は第４図のＶ一■水平断面図である。

これらの図においても、前記と同様の部分については、
同一の符号を付けて詳しい説明を省く。

この第２実施例では、ハーナ木体（０２）入口部の微粉
炭輸送管（０５）に前記第１実施例におけるような微本
分炭セパレータ（２０）が無い。したがってａ微粉炭輸
送管（２３）、淡微粉炭輸送管（２４）および′ａ微粉
炭？昆合気ノズル（２１）、淡＠扮炭混合気ノズル（２
２）の区別も無く、微初炭輸送管（０５）はバーナ本体
（０２）に設置された一種類の微粉炭混合気ノズル（０
３）に直結している。その他の構造は前記第１実施例と
全く同様である。

本実施例においても前記第１実施例の場合と同様に、同
一水平断面上で炉内（１３）から到達する熱流束が最大
となる炉壁４辺の各中央部にハーナ木体（０２）が設置
され、燃焼時におけるハーナロの受熱量が従来のものに
比べて格段に増大するよう配慮されている。

本実施例では、微粉炭セパレータが設けられていないの
で、炉内（１３）へ噴射される微粉炭混合気（０９）の
Ａ／Ｃは通常２〜４と、第１実施例の濃微粉炭混合気の
Ａ／Ｃに比べると高い。したがって低揮発分・高燃料比
の石炭の場合に着火性が懸念されるが、微扮炭混合気ノ
ズル（０３）が下向き（５゜〜４５゜）であるため微粉
炭混合気（０９）噴射速度を低くできること、およびハ
ーナロの受熱量が高いことにより、従来のものに比べれ
ば格段に優れた着火性を有する。その他の作用は前記第
１実施例と同様であり、第１実施例とほぼ同等の効果が
ある。

（発明の効果〕 本発明によれば次の効果が得られる。

ｌ）火炉の水平断面において炉内から到達する熱流束が
最大となる炉壁各辺中央部にパーナを配したことにより
、バーナロの受熱量が格段に増大し、着火性が向上する
。

２）燃料ノズル（混合気ノズル）を下向きにしたことに
より、微均燃料混合気の噴出速度を従来に比べ遅く設定
できるので、従来では着火困雛だった低揮発分・高燃料
比の燃料でも専焼することができる。

３）燃料ノズルを下向きにしたことにより、炉内還元雰
囲気ゾーンに燃焼ガスが謄留する時間が長くなるので、
ＮＯｘ低城に効果がある。

４）アンダーエアの供給により、炉底部での燃焼が良好
となり酸化雰囲気を形成するので、タリン力水汚染が無
く、スラ，ギングも軽減される。

したがって炉底閉塞の心配も無くなり、また炉底部の還
元腐蝕が軽減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図及び
第３図はそれぞれ第１図の■一■線および■−■線によ
る水平断面図である。第４図は本発門の第２実施例を示
す樅断面図、第５図は第４図の■一■水平断面図である
。第６図は微粉炭を燃料とする従来のボイラ火炉の一例
を示す縦断面図、第７図は第６図の■−■水平断面図で
ある。 第８図は炉内から炉壁に到達ずる熱流束の分布を実際の
ボイラで計測した結果の一例を示す図、第９図は微粉炭
の火炎伝播速度と微粉炭混合気の空気石炭混合比との関
係について実験した結果の一例を示す図、第１０図はバ
ーナ木体中心からアディショナルエアノズル部までの燃
焼ガス滞留時間と火炉出口におけるＮＯｘ濃度との関係
を実測した結果の一例を示す図である。 （Ｏｌ）炉本体　　　　　　（０２）ハーナ木体（０３
）燃料ノズル （０４）主バーナ用空気ノズル （０５）微粉炭輸送管　　（０６）燃焼用空気ライン（
０７）石炭粉砕ｉ　　　　（０８）送風機（０９）微粉
炭混合気　　（１０）燃焼用空気（１１）石炭　　　　
　　（１．２）．　１般送用空気（１３）炉内　　　　
　　（１４）微粉炭炎（ｌ５）主ハーナ用空気ライン （１６）アディショナルエアライン （１７）主バーナ用空気 （１８）アディシゴナルエア （１９）アディショナルエアノズル （２０）微粉炭セパレータ （２１）　ｆｉ微粉炭混合気ノズル （２２）淡微粉炭混合気ノズル （２３）ａ微粉炭輸送管　（２４）淡微粉炭輸送管（２
５）′ａ微粉炭屏合気　（２６）淡微粉炭混合気（２７
）アンダーエアノズル （２８）アンダーエアライン （２つ）アンダーエア

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　軸線が鉛直な角筒状の火炉内で微粉燃料を燃焼させる
   ボイラであって、炉壁の水平断面における各辺の中央部
   に設けられ、微粉燃料混合気を水平に対して下向きに傾
   斜して噴射するバーナと、同バーナの下方に空気を供給
   するアンダーエアノズルとを備えたことを特徴とするボ
   イラ。